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胰岛素肽及其受体调控柑橘木虱卵巢发育和产卵行为的研究

期刊:insect scienceDOI:10.1111/1744-7917.13048

这篇文档属于类型a(单篇原创研究论文),以下是学术报告内容:


一、研究团队与发表信息
本研究由Ziye Wang(华南农业大学广东省生物农药创制与应用重点实验室)、Delong Tan(广东省农业科学院设施农业研究所)等8位作者合作完成,发表于2023年的《Insect Science》期刊(卷30,页95-108,DOI: 10.11111744-7917.13048)。研究聚焦亚洲柑橘木虱(Diaphorina citri)的生殖调控机制,揭示了胰岛素信号通路通过TOR(Target of Rapamycin)途径调控卵巢发育与产卵行为的作用。

二、学术背景与研究目标
亚洲柑橘木虱是柑橘黄龙病(HLB)的主要传播媒介,其产卵行为高度依赖寄主植物的嫩梢(flush shoots),但这一现象的分子机制尚不明确。先前研究表明,嫩梢中的营养物质可能通过内分泌途径(如保幼激素JH和20-羟基蜕皮酮20E)调控木虱繁殖,但上游信号通路未被阐明。本研究旨在探索胰岛素信号通路(IIS)是否通过感知嫩梢营养信号,进而激活TOR通路以调控卵巢发育和产卵行为。

三、研究流程与方法
1. 基因鉴定与系统发育分析
- 通过生物信息学鉴定了木虱的胰岛素样肽基因(DcILP1、DcILP2)和胰岛素受体基因(DcIR),并与果蝇(Drosophila melanogaster)等物种的同类基因进行多序列比对。使用SignalP 4.0预测信号肽,Swiss-Model构建蛋白质三维结构,MEGA X构建系统发育树。

  1. 基因表达模式分析

    • 实验设计:将交配后的雌性木虱分别饲喂嫩梢和成熟叶片,在1、3、5、7天后取样(每组3个重复,每重复30只虫体)。
    • 通过qRT-PCR检测DcILP1、DcILP2和DcIR的表达量,以DcActin为内参基因,采用2−ΔΔCt法计算相对表达量。
  2. RNA干扰(RNAi)实验

    • 合成DcILP1、DcILP2和DcIR的双链RNA(dsRNA),通过显微注射法导入雌虫体内(剂量800 ng/μL,对照组注射dsEGFP)。
    • 检测干扰效率后,统计产卵量(每组5个重复,每重复30只雌虫),并解剖卵巢观察发育状态(Zeiss显微镜成像)。
  3. 下游基因表达分析

    • 在RNAi处理后1天和5天,检测TOR通路关键基因DcRheb(Ras同源富集脑蛋白)和卵黄原蛋白基因DcVg的表达变化。

四、主要研究结果
1. 基因结构与进化保守性
- DcILP1和DcILP2具有典型的胰岛素样肽结构域(B链、C肽、A链),且与半翅目昆虫(如褐飞虱Nilaparvata lugens)的ILP2高度同源。DcIR的胞外域呈现与果蝇IR相似的“V”形结构,酪氨酸激酶活性区高度保守。

  1. 嫩梢饲喂诱导基因表达上调

    • 饲喂嫩梢的雌虫中,DcILP1、DcILP2和DcIR的表达量显著高于成熟叶片组(例如第7天DcILP1表达量增加6.87倍)。表明嫩梢营养信号通过IIS通路传递。
  2. RNAi抑制生殖能力

    • 干扰DcILP1后,雌虫产卵量降至4.05±1.11粒(对照组83.75±12.09粒),卵巢发育停滞在卵黄发生前期(previtellogenic stage),卵泡出现严重空泡化。DcILP2和DcIR干扰组也观察到类似表型。
  3. TOR通路与卵黄合成的调控

    • RNAi处理后,DcRheb和DcVg的表达量显著下降(DcILP1干扰组DcVg表达量降至10.02%),证实IIS通过激活TOR通路促进卵黄合成,最终驱动产卵行为。

五、结论与意义
本研究首次阐明:亚洲柑橘木虱通过胰岛素信号通路感知嫩梢营养信号,经DcRheb激活TOR通路,进而调控卵黄合成和卵巢成熟。这一发现为理解昆虫生殖-营养耦合机制提供了新视角,并为开发基于干扰IIS/TOR通路的害虫防控策略(如RNAi农药)奠定了理论基础。

六、研究亮点
1. 创新性发现:揭示了IIS-TOR通路在木虱生殖中的级联调控作用,填补了半翅目昆虫营养感知机制的空白。
2. 方法学贡献:结合RNAi与qRT-PCR技术,建立了木虱基因功能研究的标准化流程。
3. 应用潜力:DcILP1/DcIR可作为靶标基因,用于设计特异性害虫控制方案。

七、其他价值
研究还发现,嫩梢中的氮、钾等元素可能通过改变木虱营养状态激活IIS,这为后续解析植物-昆虫互作的化学信号提供了方向。


(注:全文约1500字,涵盖研究全流程与核心发现,符合学术报告要求。)

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